分析法

分析法

以铰链四杆机构的函数综合仪的设计为例进行分析。图1a所示铰链四杆机构其两连架杆角位置Ψφ存在函数关系如果要求实现的运动规律为yf(x)(式中x0xxm)就要选择一组机构参数使上述两关系相同(精确实现)或接近(近似实现)。连杆机构一般很难完全精确地实现所要求的运动规律。所以设计机构时往往选择一组机构参数使其中有若干个点(如图1bx1x2x3)是精确地实现的其他点则是近似地实现但其误差不超过一定的允许值

4D2D13

1

设计参数共有7即各构件的3个相对长度参数输入角φ输出角Ψ的转角范围φfΨf以及输入角与输出角的起始值φ0Ψ0

精确插值结点用图2的切氏区间法来确定。应用这个方法确定插值结点的横坐标值在机构误差分析的多数情况中其极限偏差值相差很小

4D2D14

2

插值结点的横坐标根据下式确定

式中  i12、…、M

M为精确插值结点的数目xm-x02h为逼近区间。x0+xm2aa为区间的中点值

M3用内接于半径为h的圆的正六边形求x1x2x3的横坐标。当M4以内接正八边形求x1x2x3x4的横坐标。求得xi后即可求出相应的yi

用分析法设计铰链四杆机构根据图1a对任一组对应位置可推导出求解的公式

acos(π-φ)+bcosδ+ccosΨ1                     (1)

asin(π-φ)+bsinδcsinΨ                     (2)

消去δ

cosφp1cosΨ+ p2cos(φ-Ψ)+p3                     (3)

式中                                 (4)

在设计满足三对对应位置关系的铰链四杆机构时

W1cosφ1- cosφ2W2cosφ1- cosφ3W3cosΨ1- cosΨ2

W4cosΨ1- cosΨ3W5cos(φ1-Ψ1)- cos(φ2-Ψ2)W6cos(φ1-Ψ1)- cos(φ3-Ψ3)

φiΨi(i123)代入方程式(3)

因而决定了机构的参数abc如图1b中实线表示ΨF(φ)虚线表示要求的函数yf(x)Δ表示插值结点以外位置的误差

 设计四铰链机构实现yx1.51x4

已知条件x01xm4y01ym8。选定φ030°φf90°Ψ090°Ψf90°

 1.插值结点的计算M3

2.插值结点的输入角及输出角的余弦值

3.W

W1cosφ1-cosφ20.54989  W2cosφ1-cosφ31.214967,  W3cosΨ1-cosΨ20.544136

W4cosΨ1-cosΨ30.920102  W5cos(φ1-Ψ1)-cos(φ2-Ψ2)-0.073045

W6cos(φ1-Ψ1)-cos(φ3-Ψ3)0.004895

W1W60.002692W2W30.661107W3W60.002664

W2W5-0.088745W1W40.505955W4W5-0.067209

4.p

p3cosφ1-p1cosΨ1-p2cos(φ1-Ψ1)0.808709-1.3086×(-0.070975)-2.2205×0.529327-0.2738校核p3

p3cosφ2-p1cosΨ2-p2cos(φ2-Ψ2)0.258819-1.3086×(-0.615111)-2.2205×0.602372-0.2738

5.各构件相对长度d1(3)

4D2D15

3

6.误差分析

Ψ*α1+α2(机构实际输出角值)

角度偏差值ΔΨΨ*-Ψ函数偏差值

误差分析数据表如下表

a1.6969   b2.8073   c2.2205   d1   1+a23.8795    c2- b2-2.9503    2c4.4410

φ°

30

18.96

2.6113

70.51

89.47

1

1

90

-0.53

-0.0412

36.03

22.82

2.5737

71.25

94.07

1.201

1.316

94.06

0.01

0.0008

40

25.37

2.5457

71.81

97.18

1.3333

1.5395

96.94

0.24

0.0189

50

31.87

2.4619

73.47

105.34

1.6667

2.1517

104.81

0.53

0.0412

60

38.48

2.3615

75.50

113.98

2

2.8284

113.51

0.47

0.0367

70

45.26

2.2451

77.90

123.16

2.3333

3.5642

122.97

0.19

0.0150

75

48.72

2.1813

79.25

127.97

2.5

3.9528

127.96

0.01

0.0008

80

52.23

2.1140

80.69

132.92

2.6667

4.3546

133.13

-0.21

-0.0164

90

59.49

1.9696

83.90

143.39

3

5.1962

143.95

-0.56

-0.0436

100

67.12

1.8139

87.58

154.70

3.3333

6.0858

155.39

-0.69

-0.0536

110

75.26

1.6488

91.81

167.07

3.6667

7.0210

167.41

-0.34

-0.0264

113.97

78.67

1.5814

93.67

172.34

3.7990

7.4046

172.35

-0.01

-0.0008

120

84.11

1.4773

96.72

180.83

4

8

180.00

0.83

0.0646

误差曲线如下图

4D2D16

对于铰链四杆机构当按照输入杆和输出杆的给定若干组对应角位移设计时由于机构的设计参数最多为五个(abcφ0Ψ0)故用精确点逼近设计时最多只能按五个精确点设计。这时(5)应改写为(5a)

式中φiΨi分别为输入杆、输出杆相对于其起始角φ0Ψ0的角位移

对于四组对应位置设计时方程中i1234任意选定φ0(Ψ0)值可得到四个联立方程待求参数为Ψ0(φ0)p1p2p3。设法消去p1p2p3先得到一个关于Ψ0(φ0)的代数方程求出Ψ0Ψ0代回原方程中的三个方程联立解出p1p2p3再由(4)求出abc(d1)。对于五组对应位置的设计方程中i12345可以列出五个方程待求参数为φ0Ψ0p1p2p3。先设法消去p1p2p3求出φ0Ψ0然后将φ0Ψ0代回原方程组由其中三个方程联立解出p1p2p3。也可用数值迭代法计算求解